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Apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 1 FENOMENI ELETTROMAGNETICI Richiami: Coulomb e Ohm Capacità elettrica Condensatore Corrente.

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1 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 1 FENOMENI ELETTROMAGNETICI Richiami: Coulomb e Ohm Capacità elettrica Condensatore Corrente continua Campo magnetico Induzione elettromagnetica Induttanza Corrente alternata Trasformatore

2 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 2 Richiami sullelettrostatica Carica elettrica: q coulomb C positiva o negativa multipla di e= C si conserva Forza di Coulomb: F = k q 1 q 2 /r 2 attrattiva o repulsiva k = 1/4 0 r, r =1 nel vuoto, >1 nella materia Campo elettrico: E = F/q N/C in generale: F=qE, conservativa Potenziale elettrico: V = L/q volt V=J/C

3 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 3 Richiami sulla corrente elettrica Intensità di corrente: i = q/ t ampere A=C/s se cè campo elettrico / diff.potenziale moto elettroni in senso contrario 1 a legge di Ohm: V = Ri 2 a legge di Ohm: R = l/S resistenza R ohm resistività m, conducibilità = 1/ dipende da temperatura conduttori, semiconduttori, isolanti Potenza elettrica: W = L/t = qV/t = Vi = V 2 /R = i 2 R

4 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 4 Capacità elettrica Una carica Q fornita a un conduttore si distribuisce su tutta la superficie (massima distanza tra cariche uguali) che assume tutta lo stesso potenziale V (altrimenti le cariche si muoverebbero) Il rapporto tra la carica fornita a un conduttore e il potenziale che esso assume è costante. Capacità elettrica di un conduttore: C = Q/V Unità di misura: Farad 1 F = 1 Coulomb/Volt

5 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 5 Condensatore Due conduttori (armature) con carica +Q e –Q uguale ed opposta molto vicini tra loro a distanza d separati da un isolante (dielettrico). Tra le armature si crea una differenza di potenziale V un campo elettrico uniforme E = V/d Capacità del condensatore: C = Q/ V

6 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 6 Condensatore piano e cilindrico Capacità del condensatore: C = Q/ V C ondensatore piano: C = 0 r S/d C ondensatore cilindrico: C = 2 0 r l r 2 /d

7 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 7 Circuiti elettrici Circuito minimo = generatore di tensione el.attivo G + conduttore metallico el.passivi R,C Generatore di tensione = qualunque (pila, dinamo, accumulatore,...) erogatore di forza elettromotrice Il generatore cede energia (chimica, meccanica, termica,...) L=qV agli elettroni del conduttore. Questa energia viene poi rilasciata in forme diverse: - energia termica (effetto Joule) nelle resistenze - energia diversa nei condensatori - energia luminosa, lavoro meccanico...

8 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 8 I condensatori nei circuiti elettrici Collegando le due armature di un condensatore a un generatore di tensione, si prelevano elettroni dallarmatura a V> e li si spinge verso larmatura a V<. Risultato: accumulo di carica Q = C V uguale e opposta sulle due armature, tanto maggiore quanto maggiore è la capacità C r S/d. Variando opportunamente queste grandezze si può immagazzinare sul condensatore una quantità di elettricità arbitrariamente grande. Per aggiungere carica alle armature bisogna compiere lavoro contro la repulsione coulombiana tra le cariche già presenti. Questo lavoro durante la carica del condensatore è a spese dellenergia chimica del generatore di tensione, e durante la scarica viene restituito sotto forma di energia diversa (es. avviamento auto, flash).

9 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 9 Collegamenti di condensatori IN SERIE IN PARALLELO stessa carica – diversa ddp stessa ddp – diversa carica... il contrario delle resistenze!...

10 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 10 Magnetismo Quando ci sono cariche elettriche in moto campi elettrici variabili nel tempo si creano fenomeni magnetici. Due fili (circuiti) percorsi da corrente si attraggono se le correnti sono dirette nello stesso senso si respingono se le correnti sono dirette in senso opposto. Forza di Laplace:... due correnti elettriche come due masse come due cariche... = 0 r = permeabilità magnetica

11 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 11 Campo magnetico Tra due fili percorsi da corrente si creano forze. Un filo percorso da corrente crea nello spazio circostante un campo di forze.... come una massa... come una carica... Forza di Laplace: F = i l B prodotto vettoriale B = vettore campo magnetico o induzione magnetica perpendicolare alla corrente diretto lungo linee chiuse circolari attorno al filo

12 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 12 Unità di misura del campo magnetico Forza di Laplace: F = i l B B = F / i l Il tesla è ununità troppo grande. Normalmente si usa il gauss: 1 G = T. Es. campo magnetico terrestre: 0.5 G campi magnetici generati dalle correnti dei segnali nervosi: G

13 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 13 Magneti permanenti Le linee di forza del campo magnetico sono sempre chiuse su se stesse. Non esiste (non si è mai trovato) il monopolo magnetico! Una calamita ha sempre 2 poli. Se la si spezza, i 2 poli si rigenerano.

14 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 14 Il solenoide Un circuito percorso da corrente equivale a una calamita! Solenoide = avvolgimento di N spire circolari molto vicine Al suo interno B è uniforme: B = i N / l

15 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 15 Induzione elettromagnetica Un circuito percorso da corrente genera un campo magnetico E VICEVERSA Un campo magnetico genera una corrente elettrica in un circuito Quando: - un circuito viene deformato - un circuito viene messo in moto (es. fatto ruotare) - il campo magnetico varia nel tempo nel circuito si crea una forza elettromotrice indotta che dà origine a una corrente elettrica per tutto il tempo in cui avvengono queste variazioni.

16 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 16 Corrente alternata Corrente elettrica alternata: i(t) = i 0 sen( t) periodica nel tempo Perché? facile da produrre per induzione e.m. facile da trasformare da bassa a alta ddp o viceversa Corrente di rete: Europa 50 Hz USA 60 Hz

17 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 17 Circuiti in corrente alternata i(t) = i 0 sen( t) V(t) = V 0 sen( t+ ) sfasamento tra tensione e corrente Circuito RLC: presenza contemporanea dei 3 elementi passivi: resistenza, capacità, induttanza

18 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 18 Trasformatore Nucleo di ferro con avvolti due circuiti: primario con N 1 avvolgimenti, secondario con N 2 avvolgimenti Induzione elettromagnetica: al primario, i(t) B(t) al secondario, B(t) fem indotta Scopo: trasformare V 01 in V 02 Risultato: V 02 /V 01 = N 2 /N 1 V 02 = V 01N 2 /N 1 !

19 apr.2003Fisica Applicata per Tecnici di Laboratorio Biomedico 19 Es. Defibrillatore cardiaco Fibrillazione: contrazioni scorrelate pericolo mortale! Reset: contrazione contemporanea di tutte le fibre muscolari Metodo: mandare al cuore unenorme corrente (20 A) per un tempo brevissimo (5 ms) V 02 = V 01N 2 /N /45 = 3000 V con R = 50, C = 100 F = RC = 5 ms !


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